وزن واحد حجم بتن
60833 1394/08/09

وزن واحد حجم بتن

پيشرفت در تكنولوژى و همچنين نياز بشر به سازه هاى گوناگون باعث شده تا تحقيقات وسيعى بر روى خواص و رفتار مواد صورت گيرد كه بالطبع نتيجه آن ابداع گونه هاى مختلف سازه ها و بهره گيرى از مواد گوناگون است. اين امر در مورد سازه هاى ساخته شده از بتن و فولاد نيز صادق بوده و تا كنون بتن هاى گوناگونى ابداع و به بازار عرضه شده اند. در اين بخش برخى از انواع و گونه هاى مختلف بتن ها را مورد بررسى قرار داده تا ضمن شناخت از آنان به كاربردهاى فراوانى كه در صنعت ساخت و ساز مى توانند، داشته باشند آگاهى حاصل گردد. بتن را از نظر وزن مخصوص مى توان به سه دسته تقسيم نمود. بتن معمولى، بتن سبك و بتن سنگين. ليكن اين تقسيم بندى فراگير نبوده و خواص و كاربردهاى متعدد گونه هاى مختلف بتن ها را در بر نمى گيرد.

از اينرو در ادامه ويژگى ها و كاربردهاى هر كدام از انواع بتن ها، ارائه شده است. در هر حال از آنجا كه در پاره اى مواقع خصوصيات بتن هاى ديگر با تن معمولى مقايسه مى گردد، لذا لازم است بتن معمولى معرفى شود.مطابق تعريف بتن معمول، بتنى است است كه به صورت عادى با سيمان هاى معمولى تيپ (I)تا تيپ (V) پرتلند ساخته مى شود. اين بتن داراى وزن مخصوصى برابر با ۲۲۰۰ الى ۲۵۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب هستند. (معمولاً ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) و اين تفاوت از ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ در وزن مخصوص، ناشى از جنس دانه ها و تراكم بتن است.

بتن سبک

براساس تعريف موسسه ACI بتن سبك عبارتست از: بتنى كه وزن مخصوص آن بطور محسوسى كمتر از وزن مخصوص بتن معمولى است و با سنگدانه هاى طبيعى يا شكسته ساخته مى شود. بتن سبك اغلب به عنوان جايگزينى مناسب و مكمل براى بتن معمولى وبه منظور كاهش وزن سازه به كار مى رود، هر چند مقاومت فشارى نهايى آن، در مقايسه با بتن هاى معمولى مقدار كمترى است. معمولا افزايش هزينه ناشى از اعمال تمهيدات ويژه در ساخت بتن سبك به ازاى هر متر مكعب، با كاهش بار مرده و افزايش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزى جبران مى شود. كاهش بار مرده در سازه موجب كاهش ابعاد پى ساختمان كاهش ابعاد پى هاى منفرد و كاهش عرض پى هاى زير ديوار، ابعاد ستون ها، تيرها و همچنين كاهش ضخامت سقف مى گردد. اين كاهش در جرم بتن مصرفى موجب صرفه جويى در هزينه ساخت اعضاى فوق الذكر و جبران اضافه هزينه ناشى از ساخت بتن سبك خواهد شد. علاوه بر اين، ميزان عايق سازى صوتى و حرارتى آن به گونه اى است كه در اكثر موارد استفاده از لايه هاى اضافى جهت عايق بندى جزيى يا كلى را منتفى مى سازد، كه خود از لحاظ اقتصادى به صرفه خواهد بود.

طبقه بندى بتن هاى سبك عموما به دو شكل كلى صورت مى گيرد:
-طبقه بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن
-طبقه بندى براساس روش دستيابى به سبكى (روش دستيابى به جرم حجمى كم)

از آنجا كه جرم حجمى در بتن سبك معيار اصلى شناسايى آنست، اكثر استانداردها و آئين نامه هاى جهانى، حد بالاى جرم حجمى خشك بتن سبك را حدود ۱۹۰۰ الى ۲۰۰۰ كيلو گرم بر متر مكعب و حد پايين جرم حجمى بتن سبك را حدوداً ۳۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب قيد نموده اند. راهنماى بتن سبكدانه انجمن بتن آمريكاACI در تقسيم بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن تقسیم بندی شده اند.

1- براساس زمينه هاى كاربرد سبك را به شكل زير دسته بندى نموده است:

الف- بتن هاى سبك سازه اى:

اين نوع بتن عموما داراى جرم مخصوصى بين ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و حداقل مقاومت فشارى تعريف شده براى آنها، معادل ۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع است، بتن هاى سبك سازه اى داراى مقاومت و وزن مخصوص كافى بوده، بگونه اى كه كار برد آنها را در اعضاى سازه اى مجاز مى سازد. در بعضى حالات امكان افزايش مقاومت تا ۶۰ نيوتن بر ميليمتر مربع نيز وجود دارد. در مناطق زلزله خيز، آيين نامه ها، حداقل مقاومت فشارى بتن سبك را به ۲۸ نيوتن بر ميليمتر مربع محدود مى كنند. در بتن هاى سبك سازه اى از سنگدانه هايى استفاده مى شود كه حصول مقاومتى بيش از ۱۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و جرم مخصوص كمتر از ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب (البته اسماً بزرگتر از ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) را امكان پذير سازند. سنگدانه هايى كه اين شرايط را عموماً برآورده مى كنند و سنگدانه هايى كه طبق استاندارد ASTN - C330 براى ساخت بتن  هاى سبك سازه اى مورد استفاده هستند، عبارتند از:شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار،فرايند تفتيدن ،سرباره هاى منبسط شده،پوكه هاى معدنى،پوكه هاى صنعتى، خاكستر بادى تفتيده است.

تأمين مقاومت فشارى معادل ۲۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و بيشتر با بعضى از اين سنگدانه ها امكان پذير است. شرايط ساير سنگدانه ها نيز طورى است كه قادر به حصول حداقل مقاومت فشارى مقرر شده براى بتن سبك سازه اى (يعنى ۱۷ نيوتن بر ميلى متر مربع) مى باشند. مقاومت بتن هاى دانه سبك، تابعى از جرم مخصوص آنها است. بايد توجه داشت كه جرم مخصوص بتن، عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه مصرفى است، به گونه اى كه استفاده از مصالح سبكتر، موجب كاهش وزن مخصوص بتن خواهد شد، ولى استفاده از مصالح سنگين تر از نوع سبك، لزوماً موجب افزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت. بيشترين مقاومت براى بتن با استفاده از شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار به دست مى آيد. در ساخت و توليد اين سنگدانه هاى مخصوص، مصالح خام مورد استفاده، بايد داراى خاصيت انبساط و شيشه اى شدن (اصطلاحا هم جوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند.

ب- بتن هاى سبك نيمه سازه اى:

اين نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشارى در محدوده بتن هاى سبك سازه اى و بتن هاى سبك غيرسازه اى قرار دارد، بگونه اى كه مقاومت فشارى آن ها بين ۷ الى ۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الى ۱۲۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. بتن هاى سبك نيم سازه اى با سنگدانه هاى توليد شده از روش هاى تكليس (آهكى شدن)، سنگدانه كلينكر، محصولات منبسط شده اى نظير سرباره هاى منبسط شده، خاكستر بادى، شيل و اسليت يا سنگدانه هاى توليدى از مصالح طبيعى، مانند پوكه سنگ آذرين، سنگ هاى آذرين متخلخل يا توف، ساخته مى شوند. جرم مخصوص بتن توليد شده با سنگدانه هاى فوق، بين ۸۰۰ الى ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. با تجديد نظر و اصلاح تركيبات تشكيل دهنده بتن هاى سبك، مى توان ساخت بتن هاى نيمه سازه اى را با سنگدانه هايى نظير پرليت، الياف پلى استايرن و كف هاى اسفنجى گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعى است از وزن مخصوص آن. كاربرد مواد افزونى نظير تسريع كننده ها و روان كننده ها (مواد كاهش دهنده آب)، مى تواند در تغيير مقاومت بتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى مذكور مؤثر باشد.

ج- بتن سبك غيرسازه اى:

اين بتن براى مقاصد پركننده و عايق بندى حرارتى و جدا كننده هاى سبك (تيغه هاى جداساز و عايق هاى صوتى در كف) مورد استفاده قرار مى گيرند. داراى جرم مخصوصى كمتر از ۸۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و با وجود جرم مخصوص كم، مقاومت فشارى آن مى تواند تا ۷ نيوتن بر ميليمتر مربع باشد. مزيت عمده اين نوع بتن عبارتست از، كاهش هزينه لازم براى تهويه گرمايى يا سرمايى فضاها و كاهش انتقال صوت بين طبقات و فضاهاى ساختمان. بتن هاى سبك غيرسازه اى براساس تركيب ساختمان خود، مى توانند به دو گروه جداگانه تقسيم بندى شوند. بتن هاى اسفنجى كه در حين ساخت آنها با استفاده از ايجاد كف، حباب هاى هوا در خمير سيمان يا در ملات سيمان - سنگدانه، ايجاد مى گردد. كف مورد نظر يا از طريق مواد كف زا (در حين اختلاط) توليد شده و يا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه مى شود. بتن اسفنجى مى تواند جرم مخصوصى تا حدود ۲۴۰ كيلوگرم برمتر مكعب نيز داشته باشد.بتن با سنگدانه هاى سبك يا به اختصار بتن هاى دانه سبك با استفاده از پرليت يا ورميكوليت منبسط شده و يا الياف هاى منبسط شده پلى استر، ساخته مى شوند. جرم مخصوص خشك اين مخلوط بين ۲۴۰ تا ۹۶۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد.

امروزه، اضافه كردن ريزدانه هايى با وزن معمولى به مخلوط بتن سبك، جهت بهبود خواص خزشى آن، مدنظر است. استفاده از ماسه با وزن معمولى، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن خواهد شد، ليكن به منظور حصول خواص عايق بندى حرارتى (ضريب انتقال حرارت پايين)، حداكثر جرم مخصوص به ۸۰۰ كيلوگرم در متر مكعب محدود مى گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبك غيرسازه اى، معمولا علاقه مند هستيم كه با كاهش وزن، خصوصيات حرارتى را افزايش دهيم، ولى بايد توجه داشت، كه با كاهش هر چه بيشتر وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مى يابد. بهينه سازى پارامترهاى فوق الذكر هنگامى كه مقتضيات ويژه اى وجود دارد، در ساخت بتن سبك ناسازه اى مهم و ضرورى است.

۲- طبقه بندى انواع بتن هاى سبك براساس روش دستيابى به سبكى (روش دستيابى به جرم حجمى كم) اصول اوليه و روش پايه براى دستيابى به بتن سبك، ايجاد تخلخل در بتن است. لذا بتن سبك را مى توان از نقطه نظر مواد بكار برده شده و روش دستيابى و شيوه توليد آن به سه ر وش عمده تقسيم بندى نمود.

الف - كاربرد سنگدانه هاى متخلخل در بتن به نام : بتن سبك دانه
ب - ايجاد تخلخل در خمير سيمان بتن كه به عنوان بتن اسفنجى يا سلولى مطرح مى باشد
ج - ايجاد تخلخل و فضاى خالى در بتن از طريق حذف ريزدانه ها بنام بتن بدون ريزدانه

بتن سنگين

در ساخت بتن سنگين به جاى شن و ماسه از خرده هاى فولاد، چدن و يا سولفات باريم استفاده مى شود. كاربرد اينگونه بتن بارى جلوگيرى از تشعشع اشعه X و Y و غيره بوده و اصولاً براى سازه هاى مربوط به تأسيسات اتمى و يا هر جا كه امكان تشعشعات راديواكتيو وجود دارد از اينگونه بتن استفاده مى شود. وزن مخصوص بتن سنگين حدود ۵/۱ تا ۵/۲ برابر وزن مخصوص بتن معمولى است. براساس تعريف موسسه ACI آمريكا بتن سنگين، بتنى است كه اساساً داراى وزن مخصوص بزرگترى نسبت به بتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى معمولى مى باشد، و معمولاً با استفاده از سنگدانه هاى سنگين تهيه شده و به طور ويژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشع به كار مى رود. هر چند كه سپرهاى محافظ در مقابل تشعشع كاربرد اصلى بتن هاى سنگين هستند، ليكن در ساخت وزنه هاى تعادلى (بتن هاى وزنى) و يا در مواردى كه نياز به افزايش بار مرده سازه، بدون افزايش حجم هستيم، نيز مورد استفاده مى باشند. هنگامى كه بحث از بتن سنگين است، منظور بتنى با جرم مخصوص بيش از ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد، كه براساس نوع و اندازه سنگدانه مصرفى و شيوه تراكم و تخليه، مى تواند جرم مخصوص بيش از ۶۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب داشته باشد.

بتن سنگين همواره هزينه ساخت بيشترى نسبت به بتن هاى معمولى دارد. اين اضافه قيمت مى تواند ناشى از مواردى نظير؛ حفارى معدن، حمل مصالح، شكستن دانه بندى مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمير سيمان، جا دادن و پرداخت سطح بتن ريخته شده باشد. هزينه حمل و نقل سنگدانه هاى سنگين در مقايسه با سنگدانه هاى معمولى كه معمولاً  در نزديكى كارگاه در دسترس مى باشند، نسبتاً  بالاست. اكثر تجهيزات مرتبط با مصالح سنگى نظير سنگ شكن ها و دستگاه هاى دانه بندى براساس خصوصيات سنگدانه هاى معمولى ساخته و آماده مى شوند، به همين جهت در صورت استفاده از سنگدانه هاى سنگين سرعت استهلا ك اين تجهيزات افزايش مى يابد. در نتيجه بازده اين تجهيزات نسبت معكوس با چگالى سنگدانه ها دارد. در اين حال اگر جرم مخصوص بتن معمولى حدود ۲۴۰۰ و بتن سنگين ۶۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب فرض شود، جهت تهيه يك مخلوط همگن و يكنواخت بدون اينكه بخواهيم فشار اضافى بر تجهيزات مكانيكى اعمال نماييم، بايد از ۴۰ درصد ظرفيت اسمى دستگاه مخلوط كن استفاده شود. با وجودى كه استحصال، حمل، شكستن و دانه بندى سنگدانه ها جهت تهيه بتن سنگين پرهزينه است و اختلاط، حمل و نقل و ريختن و پرداخت بتن ساخته شده هزينه بالاترى نسبت به بتن معمولى را در بر دارد، ليكن اين نوع بتن در ساخت سپر محافظ در مقابل تشعشع، (نظير ديواره نيروگاهها و آزمايشگاهها) ساخت وزنه هاى تعادلى و در مواردى كه در حداقل فضا، تراكم جرم (وزن مرده زياد) مورد نياز باشد، كاربرد ويژه خواهد داشت.

هنگامى كه طراحى براساس چگالى باشد، ضخامت ديوار يا كف ممكن است با دو برابر كردن چگالى بتن ساخته شده، به ميزان ۵۰ درصد كاهش يابد. با افزايش چگالى بتن، خصوصيات زيادى از بتن افزايش يافته يا دستخوش تغيير خواهد شد. يكى از مهمترين اين خصوصيات، مقاومت سايشى بتن است. در صورت يكسان بودن ساير شرايط، با افزايش چگالى بتن، مقاومت سايشى آن نيز افزايش مى يابد.با كاربرد برخى از مواد افزونى پيشرفته، مى توان چگالى خمير سيمان را افزايش داده و نسبت آب به سيمان را كاهش و كارايى را افزايش داد، در ضمن با كاهش نسبت آب به سيمان بالطبع، مقاومت بتن ساخته شده نيز افزايش مى يابد.علاوه بر افزودنى هاى شيميايى، با بكار بردن دوده سيليسى كه يك افزودنى معدنى است، مى توان نفوذ پذيرى بتن، را كاهش و چگالى خمير سيمان و مقاومت بتن را افزايش داد.

سازه بتنی

مقایسه سازه بتنی و سازه فلزی

معمول‌ترین روش‌های ساخت ساختمان‌ها در سراسر دنیا سه روش ساختمان با مصالح بنایی، ساختمان با اسکلت فلزی و ساختمان با اسکلت بتنی است. سازه‌های بدون اسکلت معمولاً در ساختمان‌هایی با مساحت و ارتفاع کم که از اهمیت بالایی برخوردار نیستند به کار می‌رود. در ایران قبلاً سازه‌های فولادی رواج بیشتری داشت، اما امروزه به دلیل شناخت مزایای سازه‌های بتنی، این نوع اسکلت جایگاه بسیار خوبی در صنعت ساخت‌وساز پیدا کرده است. انتخاب نوع اسکلت فلزی یا بتنی به عوامل تعیین‌کننده بسیار زیادی وابسته است که در زیر به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود:

  • منطقه جغرافیایی محل احداث سازه
  • مقاومت موردنیاز سازه
  • زمان لازم برای تحویل پروژه
  • بودجه موردنیاز برای انجام پروژه
  • و ...

حال به تفاوت سازه فلزی و بتنی می‌پردازیم و مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی را موردبحث و بررسی قرار می‌دهیم.

مقایسه ساختمان بتنی و فلزی ازلحاظ محل احداث پروژه:

یکی از مهم‌ترین فاکتورهای انتخاب نوع سازه، محل احداث پروژه است. مثلاً در شرایط آب و هوایی مرطوب و در معرض بارندگی‌های مکرر، سازه فلزی نامناسب است چون در معرض زنگ‌زدگی و خوردگی قرار دارد. ماندگاری بالا یکی از مزایای سازه‌های بتنی در مناطق با رطوبت بالاست. از طرفی در مناطقی که یون سولفات وجود دارد، میلگرد موجود در بتن در معرض حمله قرار دارد. ضمناً وضعیت گسل‌های آن منطقه و عملکرد سازه در زلزله نیز عامل مؤثر در انتخاب نوع سازه است. همچنین یکی دیگر از عوامل مهم در مورد محل پروژه، تأمین مصالح موردنیاز سازه در محل است. مثلاً نزدیک بودن محل پروژه به معادن سنگدانه و یا کارخانه بتن و یا محل تهیه آهن‌آلات، باعث کاهش هزینه حمل‌ونقل مصالح می‌شود و ازنظر اقتصادی در انتخاب نوع سازه تأثیرگذار است.

تفاوت سازه فلزی و بتنی ازلحاظ مقاومت سازه:

برای انتخاب یک اسکلت مناسب برای ساختمان ابتدا باید نوع بهره‌برداری از ساختمان و درجه اهمیت آن را تعیین کنیم. در مقایسه مقاومت ساختمان بتنی و فلزی نمی‌توان یکی را مقاوم‌تر از دیگری معرفی کرد. چون در صورت طراحی مناسب و اجرای خوب سازه، هر دو اسکلت باید بتوانند نیروهای وارده را به‌خوبی تحمل کنند؛ اما در مورد نیروی زلزله، وزن سازه یکی از عوامل تشدیدکننده این نیرو است و ازآنجاکه وزن اسکلت بتنی از وزن سازه فولادی بسیار سنگین‌تر است، نیروی زلزله شدیدتری به اسکلت بتنی وارد می‌شود.

وزن سازه‌های فولادی حدوداً 250 تا 390 kg/m^2 و وزن سازه اسکلت بتنی حدوداً 480 تا 780 kg/m^2 است. از طرفی صلبیت بالای بتن باعث می‌شود هنگام وزش باد و تکان‌های شدید از طبقات فوقانی، لرزه‌ای در سازه بتنی ایجاد نشود و احساس آرامش ساکنین سازه بتنی از سازه فولادی بیشتر است. شاید این موضوع یکی از مهم‌ترین مزایای سازه‌های بتنی باشد.

در حالت کلی می‌توان گفت نسبت مقاومت فولاد به وزن آن در مقایسه با بتن بزرگ‌تر است. نکته دیگر این‌که مقاومت فولاد در مورد نیروهای کششی و فشاری و برشی تقریباً یکسان بوده و در نیروهای رفت و برگشتی، نیروی کششی و فشاری قابل تبدیل بوده و این باعث می‌شود سازه فلزی عکس‌العمل خوبی نشان دهد؛ اما در بتن مقاومت فقط در نیروهای فشاری خوب بوده و بتن در مورد نیروهای کششی و برشی عملکرد ضعیفی دارد و درصورتی‌که با میلگرد مسلح نشود، به‌راحتی ترک برداشته و تخریب می‌شود.

ضمناً فولاد به دلیل همگن بودن مواد و شکل‌پذیری بالا، نیروهای دینامیکی و ضربه‌ای را به‌خوبی تحمل می‌کند، درحالی‌که بتن به دلیل ساختار ناهمگن خود ترد و شکننده است و در مقابل این نیروها و انفجار ترک خورده و عملکرد سازه مختل می‌شود.

آیا میدانید کیفیت میلگرد چه تاثیری بر طول عمر ساختمان میگذارد؟

یک تفاوت دیگر ساختمان فلزی و بتنی این است که با افزایش عمر، مقاومت در سازه فلزی کاهش پیدا نمی‌کند، اما بتن با گذشت زمان دچار اُفت و خزش و ترک می‌شود که به عملکرد سازه آسیب‌زده و مقاومت آن را کم می‌کند.

همچنین در ادامه بررسی مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی باید گفت ساختمان فلزی امکان توسعه، ترمیم، تقویت و مقاوم‌سازی اعضاء حین اجرا و پس از ساخت وجود دارد. البته نقطه‌ضعف فولاد در مقاومت، کمانش قطعات فشاری به‌مرورزمان است. ضمناً فولاد در برابر حرارت‌های زیاد ایجاد شده در اثر آتش‌سوزی، مقاومت خود را از دست می‌دهد و در درجه حرارت بالای 600 درجه سانتی‌گراد سازه فلزی فرو می‌ریزد، درحالی‌که بتن در حرارت بالای 1000 درجه سانتی‌گراد حدود 1 الی 6 ساعت مقاومت از خود نشان می‌دهد.

مقاومت سازه

مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در زمان اجرای پروژه:

درصورتی‌که سرعت اتمام پروژه برای ما اولویت داشته باشد، سازه فلزی گزینه مناسب‌تری از سازه بتنی است؛ زیرا اسکلت بتنی باید طبقه به طبقه اجرا شود و زمان لازم برای قالب‌بندی، شمع‌بندی و گیرش اولیه بتن را باید در نظر بگیریم. این در حالی است که در اسکلت فلزی امکان اجرای بی‌وقفه تمام طبقات به‌صورت هم‌زمان با یکدیگر وجود دارد. حتی در صورت تهیه اسکلت فلزی پیش‌ساخته از کارخانه و مونتاژ در محل پروژه، سرعت اجرا از حالت عادی بیشتر هم می‌شود.

 سازه فلزی

همچنین از مزیت‌های مهم سازه‌های فلزی امکان توسعه سازه بعد از بهره‌برداری است بدین معنی که اگر کارفرما یا صاحبان سازه ساختمانی بخواهند طبقه‌ای به ساختمان اضافه نمایند سازه فولادی این قابلیت حائز اهمیت را دارد که با متصل نمودن ستون به ستون‌های از قبل اجرا شده با اتصال پیچی یا جوشی و اتصال تیرها و ... سازه را توسعه داد. مورد دیگر محدودیت‌های اجرای سازه بتنی در شرایط جوی سرد و گرم است که سرعت اجرای کار را پایین آورده و حتی در مواردی کار را متوقف می‌کند که سازه فلزی از این محدودیت‌ها مستثنا است.

 تفاوت ساختمان فلزی و بتنی در هزینه انجام پروژه:

ازآنجایی‌که در اسکلت فلزی مصرف فولاد بیشتر از اسکلت بتنی است، هزینه اجرای سازه فلزی به‌مراتب بیشتر از بتنی است و اسکلت بتنی گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری است.

طبق آمار و برآوردهای انجام شده، هزینه ساخت هر مترمربع سقف و ستون بتنی در دی‌ماه 97 از 550,000 تا 700,000 تومان بوده است درصورتی‌که هزینه ساخت هر مترمربع سقف و ستون فلزی از 600,000 تا 800,000 تومان بوده است.

در ضمن هزینه میلگرد، سیمان و قالب‌ها تدریجاً به‌مرور پیشرفت پروژه باید به آن تزریق شود اما هزینه خرید فولاد برای اسکلت فلزی باید در اوایل پروژه انجام شود که ازلحاظ اقتصادی و تأمین بودجه فشار بیشتری به کارفرما وارد می‌شود. با توجه به اینکه در کشور ما، وام مسکن پس از اتمام سقف هر طبقه به آن تعلق می‌گیرد، در صورت اجرای اسکلت بتنی پس از اتمام هر سقف می‌توان وام مربوطه را دریافت کرد.

مورد دیگر در مقایسه هزینه این دو نوع اسکلت، بحث مراقبت و نگهداری‌های پس از ساخت است که سازه بتنی نیاز به مراقبت خاصی ندارد و عمر بهره‌برداری طولانی دارد اما ساختمان فلزی برای مراقبت از خوردگی نیاز به هزینه‌های جانبی دارد.

بااین‌حال در صورت مراقبت از فولاد، دوام و مدت بهره‌برداری آن از سازه بتنی بیشتر می‌شود. نکات مثبت سازه فولادی در بحث هزینه، یکی کاهش پرت مصالح (به دلیل ساخت آهن‌آلات در کارخانه) و به دنبال آن کاهش هزینه‌ها در سازه فلزی است. همچنین آهن‌آلات باقی‌مانده پس از تخریب یک اسکلت فلزی دارای ارزش نسبی بوده، درحالی‌که از تخریب یک سازه بتنی، فقط نخاله‌های ساختمانی باقی می‌ماند و ضمناً تخریب سازه بتنی دشوارتر و پرهزینه‌تر از سازه فلزی است.

مزایا و معایب سازه‌های فلزی و بتنی در اشغال فضا و تداخل‌های معماری:

سازه بتنی نسبت به فلزی سنگین‌تر و حجیم‌تر است و به دلیل بزرگ بودن ابعاد تیر و ستون‌ها در اسکلت بتنی، فضای مرده بیشتری در ساختمان داریم؛ یعنی در مقایسه دو ساختمان بتنی و فلزی یکسان، در سازه بتنی فضای مفید و قابل‌استفاده کمتری خواهیم داشت که این موضوع موجب ایجاد محدودیت‌های معماری مخصوصاً در بحث تأمین پارکینگ‌ها می‌شود. همچنین در دهانه‌های بزرگ، ارتفاع تیرها نیز افزایش می‌یابد (به دلیل جلوگیری از تغییر شکل و کمانش) که همین موضوع ارتفاع مفید طبقات را کم می‌کند.

نکته دیگر این است که در سازه‌های فلزی نیازی به اجرای سقف کاذب نیست، اما در سازه‌های بتنی معمولاً مجبور به اجرای سقف کاذب هستیم. نکته مثبت در مورد بتن، تنوع مقاطع بتنی و امکان ایجاد اعضا با مقاطع مختلف است.

قطعیت، ضریب اطمینان و کنترل کیفیت

در محاسبات سازه بتنی اعداد به‌صورت تقریبی و با ساده‌سازی معادلات به دست آمده‌اند، اما در سازه فولادی به دلیل همگن بودن فولاد، اعداد محاسباتی از قطعیت بالایی نسبت به مقادیر عملی برخوردارند. ازآنجاکه بتن معمولاً در محل پروژه آماده می‌شود و کنترل کیفیت کمتری دارد اما فولاد در کارخانه و با نظارت و دقت بالا تولید می‌شود، ضریب اطمینان کوچک‌تری برای فولاد در نظر می‌گیریم که همین امر باعث صرفه‌جویی در مصالح می‌شود.

مقایسه سازه‌های بتنی و فولادی

بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف سازه فولادی عدم اجرای صحیح اتصالات در آن است که سازه بتنی به دلیل یکنواخت بودن و عدم نیاز به اتصالات بین تیر و ستون‌ها دارای برتری نسبت به سازه فولادی است. بهترین روش اجرای اتصالات در اسکلت فولادی استفاده از پیچ و مهره است که متأسفانه در ایران زیاد مرسوم نشده است. در صورت اجرای جوشکاری نامناسب و عدم کنترل و نظارت و تست جوش، باعث عملکرد نامناسب اسکلت فلزی مخصوصاً در مواجهه با نیروهای زلزله می‌شود.

در ادامه مزایا و معایب هریک از این سازه‌ها را می‌توان به‌طور خلاصه به‌صورت زیر بیان کرد:

 مزایای سازه‌های بتنی:

دلایل انتخاب سازه‌های بتنی به شرح زیر است:

1. سازه‌های بتنی مقاومت حرارتی و رطوبتی بالایی دارند.

2. سازه‌های بتنی از استحکام خمشی بالایی در هر دو راستای سازه برخوردارند.

3. اجرای سازه‌های بتنی آسان است.

4. اتصال تیر و بدنه سقف به دلیل همگن بودن مصالح مناسب‌تر از سازه‌های فلزی است.

معایب سازه های بتنی:

3 مشکل اصلی یک سازه بتنی:

1. زمان اجرای سازه‌های بتنی طولانی‌تر از سازه‌های فلزی است.

2. وزن سازه‌های بتنی زیاد است.

3. نیاز به وجود آزمایشگاه‌های مکانیک خاک برای آزمایش‌های مربوط به بتن وجود خواهد داشت.

مزایای سازه های فولادی:

5 مزیت مهم سازه فولادی را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:

1. مقاومت سازه با گذشت زمان تغییر نکرده و طول عمر بالایی دارد.

2. می‌توان اجرای طبقات را به‌طور هم‌زمان انجام داد و به همین دلیل سرعت اجرای این نوع سازه بالاست.

3. وجود اسکلت‌های فولادی پیش‌ساخته سبب می‌شود که اجرای این سازه راحت‌تر باشد.

4. اگر اسکلت سازه آسیب ببیند امکان ترمیم و تعمیر خواهد داشت.

5. سازه‌های فلزی انعطاف‌پذیری بالایی دارند.

معایب سازه‌های فولادی:

ازجمله معایب سازه‌های فولادی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. قیمت این سازه بیشتر است.

2. در صورت نبود اتصالات اصولی در مواقع زلزله آسیب بیشتری نسبت به سازه‌های بتنی می‌بینند.

3. امکان اکسیدشدگی و زنگ‌زدگی این سازه‌ها وجود دارد.

4. در برابر حرارت مقاوم نبوده و در صورت آتش‌سوزی تغییر شکل می‌دهند که می‌تواند با خسارات جبران‌ناپذیری همراه باشد.

استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمانی چه مزیتی دارد؟

جالب است بدانید در حال حاضر به دلیل مزیت‌های استفاده هم‌زمان از فولاد و بتن در ساختمان استفاده از این روش بسیار رایج شده است. درواقع با این کار می‌توان معایب بتن و فولاد را پوشش داد و از مزایای هرکدام از آن‌ها بهره برد.

در حالت کلی هدف از طراحی و ساخت یک ساختمان تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد آن در هنگام بهره برداری است. سازه بتنی سازه ای است که در ساخت آن از بتن یا از بتن آرمه (شن، ماسه، سیمان، پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد.

در ساختمان ها در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت های مختلف آن مثل ستون ها و پی و شاه تیرها، آن ساختمان یک سازه بتنی به شمار می آید.

سازه بتنی چیست و چه مزایایی دارد؟

عوامل و خطاهای احتمالی در ساخت سازه بتنی

اگر بارهای وارد بر سازه و اثرات آن از قبل قابل پیش بینی بود، تأمین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای اولیه امکان پذیر بود.

اما عوامل و خطاهای احتمالی در طراحی و ساخت سازه ها وجود دارد که مهم ترین ریشه ها و منبع آنها عبارت اند از:

مقاومت واقعی مصالح به کار رفته و استفاده شده در طراحی و ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.

محل قطعی و واقعی میلگردها و ابعاد قطعات ممکا است طبق محاسبات که در قبل صورت گرفته نباشد.

بارهایی که در عمل به سازه ها وارد می شود و توزیع آنها با آنچه در هنگام محاسبات و بارگذاری سازه فرض و محاسبه شده تفاوت داشته باشد.

رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می شود متفاوت باشد.

پس انتخاب یک حاشیه امن کاری بسیار سخت و دشوار است و برای استفاده از آنها به صورت یکی از مشخصه های اساسی روش های طراحی در آمده است.

سازه های بتنی آرمه به 3 روش تنش مجاز، مقاومت نهایی، روش طراحی بر مبنای حالات حدی صورت می گیرد.

مزایای سازه بتنی

این سازه ها مزایی دارد که به آنها اشاره می کنیم:

در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم هستند؛ (آزمایش‌ها نشان داده است که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول می‌کشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت ۲٫۵ سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد)

به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن امکان ساخت انواع و اقسام سازه های بتنی مثل ستون، پل و… به اشکال متفاوت امکان پذیر است.

ماده اصلی تشکیل دهنده آن شن و ماسه است که در دسترس و ارزان هست.

این سازه ها با اصول آیین نامه ای طراحی و اجرا شدند به همین علت در شرایط محیطی سخت از دیگر سازه ها که با مصالح دیگری ساخته شده اند، مقاوم تر هستند.